Интерференционные измерения Интерференция света —

Интерференционные измерения Интерференция света — это когерентное взаимодействие двух, трех или многих световых волн, которое проявляется в изменении результирующей интенсивности или состояния поляризации в зависимости от разности хода интерферирующих лучей. Интерференционные измерения широко применяются во многих областях науки и техники, среди которых: 1. Контроль качества поверхностей оптических деталей, исследования макро - и микрогеометрии поверхностей металлических и оптических деталей, контроль однородности оптических материалов. 2. Точные измерения длины и малых механических перемещений. 3. Измерение показателя преломления, исследование нормальной и аномальной дисперсии. 4. Спектральные измерения: точные измерения длины волны, исследование сверхтонкой структуры спектральных линий, Фурье-спектрометрия.

1. Явление интерференции сложение двух плоскополяризованных в одном направлении волн имеющих одинаковую частоту Некогерентные волны – интерференция не наблюдается имеет место простое сложение интенсивностей

Когерентные волны – наблюдается интерференционная картина Условие интерференционного максимума Условие интерференционного минимума измерение длины волны – интерференционная спектрометрия измерение геометрических параметров – длины, измерение показателя преломления – перемещений, профиля интерференционная рефрактометрия поверхности

Не существует двух независимых источников, излучение которых было бы когерентно друг с другом. Когерентные волны, пригодные для получения интерференции, можно получить делением одной и той же волны на две части. 1) Деление амплитуды 2) Деление волнового фронта Схема Юнга, рефрактометр Рэлея Интерферометр Майкельсона

2. Влияние немонохроматичности источника на интерференционную картину Квазимонохроматический источник Видность интерференционной картины

Источник имеет равномерный спектр в некотором интервале волновых чисел спектральная плотность интенсивности источника видность интерференционной картины контрастная интерференционная картина (монохроматический источник) интерференционная картина не наблюдается – равномерно освещенное поле

условие удовлетворительного наблюдения интерференционной картины максимально допустимая (критическая) разность хода максимальный (критический) порядок интерференции длина когерентности источника излучения время когерентности источника излучения тепловые источники плазменные источники лазерные источники

3. Влияние конечных размеров источника на интерференционную картину источник конечных размеров (не точечный) d – расстояние между щелями L – расстояние от источника до щелей равномерно освещенная щель

контрастная интерференционная картина (точечный источник) интерференционная картина не наблюдается – равномерно освещенное поле условие удовлетворительного наблюдения интерференционной картины угол когерентности ширина когерентности

4. Интерференция в пластинах. Пластина – слой прозрачной среды ограниченный оптическими поверхностями Оптическая разность хода лучей 1’ и 2’ полосы равного наклона полосы равной толщины полосы равного хроматического порядка

Полосы равной толщины Интерференция в клине интерферирующие лучи пересекаются в пространстве интерференционные полосы локализованы на конечном расстоянии от пластины интерференционную картину можно наблюдать невооруженным глазом b - ширина интерференционной полосы w – угол схождения интерферирующих лучей все точки интерференционной картины образованы лучами выходящими из одной точки источника – конечный размер источника приводит к размытию картины

случай нормального падения на нижнюю поверхность клина интерференционные полосы локализованы на поверхности клина разность хода для двух соседних полос 1 и 2 ширина полосы в случае нормального падения ширина полосы в случае произвольного падения

Полосы равного наклона интерферирующие лучи параллельны другу интерференционные полосы локализованы на бесконечности интерференционную картину можно наблюдать только с помощью оптической системы угловая ширина полосы

5. Интерферометр Майкельсона разность хода min max

Формирование полос равного наклона наибольший порядок интерференции полосы равного наклона

Формирование полос равной толщины Полосы локализованы вблизи изображения зеркала M 2 полосы равной толщины

6. Интерферометры для контроля оптических деталей Интерферометр Тваймана-Грина Построен по схеме интерферометра Майкельсона в режиме наблюдения полос равной толщины. Опорное зеркало Тестируемая Микрообъектив Коллиматор Свето- поверхность делитель Диафрагма Простейшая схема для тестирования плоских зеркал Плоскость наблюдения Царапина на поверхности зеркала смещение на одну полосу – глубина дефекта l/2

Схема для тестирования плоскопараллельных пластин плоский фронт сферическая аберрация плоский фронт сферическая аберрация Схема для тестирования линз

Схема для тестирования Опорное выпуклых отражающих зеркало поверхностей Светоделитель сферическая аберрация Тестируемая поверхность Тестируемая Опорное поверхность зеркало Светоделитель сферическая аберрация Схема для тестирования вогнутых поверхностей

Интерферометр Физо Служит для тестирования оптических поверхностей. Построен по автоколлимационной схеме. Простейшая схема для тестирования плоских оптических поверхностей Плоский фронт Наклон Дефокусировка Наклон и дефокусировка

Схема для тестирования выпуклых и вогнутых поверхностей Сферическая Кома Астигматизм аберрация

7. Интерферометры для измерения длины и малых механических перемещений Интерферометр Уверского Построен по схеме интерферометра Майкельсона в режиме наблюдения полос равной толщины. Служит для измерения длины концевых мер S 1 - подвижное зеркало S 2 – жестко закрепленное зеркало S 3 – верхняя поверхность концевой меры E длина концевой меры число полос, на которое переместилась картина интерферометр может быть использован для измерения малых перемещений

Интерференционные схемы для измерения штриховых шкал Простейшая схема с ручной регистрацией Схема с автоматической регистрацией

Звездный интерферометр Служит для измерения угловых размеров звезд. видность интерференционной картины от двух щелей d 0 – расстояние между щелями, при котором картина размывается (видность обращается в ноль) d – расстояние между щелями L – расстояние от источника до щелей 2 u 0 – линейный размер источника θ – угловой размер источника

8. Интерферометры для измерения показателей преломления газов и жидкостей Интерферометр Жамена разность хода между лучами 2 и 3 P 1, P 2 – толстые прозрачные пластины угол наклона пластины Кювета Компенсатор дополнительная разность хода за счет введения кюветы наблюдаются полосы равного наклона

Интерферометр Маха-Цендера Интерферограмма воздушного потока обтекающего клин DN – смещение картины по количеству полос D – ширина потока

Интерферометр (рефрактометр) Релея Используется схема с делением волнового фронта 4 – коллиматор 5 – диафрагма с двумя щелями 7 – двойная кювета 8 – компенсатор 11 – объектив 12 – окуляр s – ширина щели a – расстояние между щелями